第四章继电保护2资料
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该算法可获得很好的滤波性能和很高的精度，但预设函数越复杂， 精度越高，计算时间就越长。
五、微机保护的可靠性
➢可靠性包括两个方面——不误动和不拒动。 ➢微机保护的可靠性主要是抗干扰问题。
➢防止干扰进入微机保护装置的措施有： ✓正确合理的接地处理； ✓良好的屏蔽与隔离； ✓必要的滤波、退耦和旁路电容； ✓良好的供电电源； ✓合理地分配和布置插件。
➢应采用控制开关手柄位置与断路器位置“不对应原则”起 动ARD；ARD的起动条件为：SA在“合闸后”位置，QF在“跳闸”位 ➢用控制置开。关或遥控装置将断路器断开时，ARD不应起动；
➢手动合闸于故障线路不重合；
➢ARD只能动作一次；
➢ARD动作后应能自动复归，准备再次动作；
➢ARD的动作时间应尽可能短，一般为0.5～1.5s；
额定电流
Ic≤ Ir ≤Ial
约定动作电流 I2≤1.45Ial
对熔断器，一般 I2=1.6Ir 对断路器，一般 I2=1.3Ir
突然断电比过负荷而造成的损失更大的线路（如消 防水泵、消防电梯等线路），其过负荷保护应作用于信 号而不应作用于切断电路。 配电线路宜采用同一保护电器作短路保护与过负荷保护。
2.短路保护电器的装设 ➢短路保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因截面、 材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。 ➢短路保护电器应装设在低压配电线路不接地的各相上
3.并联导体的短路保护 对于多根并联导体组成的线路，其中任一根导体在最不利 的位置处发生短路故障时，短路保护电器应能及时切断短路故 障。 若在线路首端采用一台保护电器，则应尽量避免在并联区 段内发生短路的可能性。
➢人机接口电路：包括显示、键盘、各种面板开关、打印 与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等。 ➢供电电源：通常采用逆变稳压电源，即将直流逆变为交 流，再把交流整流为微机保护所需的直流工作电压。 微机保护装置硬件组成的基本框图如图4-37所示。
图4-37 微机保护装置的硬件组成框图
三、微机保护的数据采集系统
二、微机保护装置的硬件构成
➢数据采集系统：将模拟量输入量准确地转换为所需的数 字量，它由电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换、 模数转换等功能模块组成。
模拟量输入系统
TV
电压形成
TA
二
次
侧
来 电压形成
BUS
模 数 变 换
电源部分
串行通讯SIO
CPU主系统
光耦
开入量 开
关
并行
量
接口
输 入
PIO
输
光耦
➢抑制窜入干扰影响的软件措施：采取采样值抗干扰纠错、 出口密码校核、复算校核和程序出轨自恢复等措施。 ➢装置故障自检：包括RAM、EPROM、数据采集系统、出 口通道等各部分的在线自检。
4.可不设短路保护的线路 如由主干线路保护电器保护的短距离分支线路。
（二）过负荷保护
过负荷保护的目的在于防止长时间的过负荷对线路绝缘造 成的不良影响。
1.对过负荷保护电器动作特性的要求
过负荷保护电器应采用反时限特性的保护电器，如g类 熔断器、断路器的长延时动作脱扣器等。
其动作特性应同时满足以下 两式的要求：
1．概述 当工作电源电压消失时，使备用电源自动而迅速地投入 工作，以保证供电连续性的自动装置，简称APD。 备用电源自动投入装置的基本形式
✓明备用： APD装在备用 进线断路器上。 ✓暗备用： APD装在母线 分段断路器上。
图4-35 APD的两种基本接线方式
a）明备用 b）暗备用
2．备用电源自动投入装置的基本原理和要求 图4-36是说明备用电源自动投入装置基本原理的电气简图。 工作原理
1、断路器过流脱扣器额定电流In的确定
Ic In Iu 2、过电流脱扣器动作电流整定
断路器的壳级 额定电流
1）.长延时过电流脱扣器整定电流Ir1
对配电保护断路器
Ir1 Ic
对单台电动机保护断路器 Ir1 IrM
对照明线路保护断路器
Ir1 K1 Ic
2）.短延时过电流脱扣器整定电流Ir2及时间
1．概述 自动重合闸的概念：当架空线路上发生故障时，由继电 保护装置将其迅速断开，延时（0.5）后重新将故障线路自 动投入的装置，简称ARD。 装设ARD的好处：对暂时性故障，合闸成功后可保证供 电的可靠性，减少停电损失。
2．一次自动重合闸的基本原理和要求
图4-34是说明一次自动重合闸基本原理的电气简图。
✓工作电源不论任何原因断开，备用电源应能自动投入； ✓必须在工作电源确已断开，而备用电源电压也正常时， 才允许投入备用电源。 ✓APD的动作时间应尽可能短，以利于电动机的自起动和 缩短停电时间； ✓APD只能动作一次，以免将备用电源重复投入到永久性 故障上； ✓当电压互感器的二次回路断线时，APD 不应误动作； ✓若备用电源容量不足，应在APD 动作的同时切除一部分 次要负荷。
对配电保护断路器 Ir31.2[Is't.M+Ic(n-1)]
I' st.M
2Ist.M
对单台电动机保护断路器 Ir3 2.2Ist.M
对照明线路保护断路器
Ir3 K3Ic
3、保护灵敏度的检验
Ik.min Ir3 1.3
断路器保护线路末端在系统最小 运行方式下的最小短路电流
Ik.min Ir2 1.3
工作原理
手动合闸：按下SB1，KO 通电，接通YO的回路，使 断路器合闸； 手动跳闸:按下SB2，接通 YR的回路，使断路器跳闸。 当线路上发生故障时:
图4-34 一次自动重合闸的原理电路图
✓保护装置动作→ KM闭合→接通YR，使QF自动跳闸。 ✓同时，QF1-2闭合→ KAR起动→ 经整定的时限后KO通电动 作，使断路器QF重合闸。 对自动重合闸装置的基本要求
✓输入量为正弦函数：可采用两点乘积算法、半周积分算 法、导数算法、采样值积分算法等。
这些算法对前置数字滤波器的要求较高，受输入信号的频率影响 较大，误差也较大。
✓输入量为周期函数：可采用傅氏算法。
该算法数据窗为一个基波周期，保护动作时间较长，因存在大量 乘法运算，不适合实时计算。
✓输入量为随机函数：可采用最小二乘算法。
四、微机保护的算法
➢保护算法：微机保护装置根据A/D转换器提供的输入电气 量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保 护功能的方法。 ➢衡量一个算法优劣的标准有：精度和速度。 ✓精度：指保护根据输入量判断电力系统故障或不正常运 行状态的准确程度。 ✓速度：包括算法所要求的采样点数（或数据窗长度）和 运算工作量。 ➢保护算法的选择：
4.9 供配电系统微机保护简介
一、概述
➢传统的机电型继电保护都是反映模拟量的保护，而微机保护 是反映数字量的保护； ➢与传统继电保护相比，微机保护具有保护性能好、灵活性大、 可靠性高和调试维护方便等特点； ➢微机保护除了完成保护功能外，还可方便地附加自动重合闸、 故障录波、故障测距等自动装置的功能。
当工作电源WL1断电 时 ， QF1 跳 闸 → QF13-4 断开，使KT断电。 KT的延时断开触点尚 未 断 开 前 ， 由 于 QF11-2 闭 合 →KO 通 电 →YO 通 电 →QF2 合 闸 ， 使 备 用 线路WL2投入运行。
图4-36备用电源自动投入装置原理电路图
对备用电源自动投入装置应满足以下基本要求
（2）额定电流选择
熔断器额定电流
In≥Ir≥Ic
（3）分断能力选择
熔断器分断能力
Ib＞Ik3
熔体额定电流 线路计算电流
安装处预期三相短 路电流有效值
低压熔断器
刀形触头熔断器
螺栓连接式熔断器
圆筒帽式熔断器
螺旋式熔断器
4.上、下级均选用熔断器
（四）、低压断路器的选择与整定
先按一般要求初步选择类别、极数、额定电流、分断能力及 附件，然后根据保护特性要求确定断路器过电流脱扣器的额定 电流并整定其动作电流。
比较式数据采集系统框图如图4-38所示。
图4-38 比较式数据采集系统的方框图
➢交流变换器：交流变换器的作用有二： ✓将从TV、TA上获得的二次电流、电压信号变换成与A/D 变换芯片电平相匹配的电压信号； ✓实现互感器二次回路与微机保护A/D变换系统完全电隔离， 以提高抗干扰能力。
➢前置模拟低通滤波器（ALF）：由R、C元件组成，其作 用是阻止频率高于某一数值的信号进入A/D变换系统。 ➢采样保持器（S/H）：其作用是在一个极短的时间内测量 模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在A/D转换器进行转换 的期间内保持其输出不变，以保证有较高的转换精度。 ➢多路转换开关（MPX）：数据采集系统往往要对多路模 拟量进行采集，通常采用多路模拟信号公用一个A/D转换 器，中间用一个多路转换开关轮流切换各路模拟量与A/D 转换器之间的通道，使得在任一时刻只将一路模拟信号输 入到A/D转换器，从而实现分时转换的目的。 ➢A/D转换器：将连续的模拟量转换为离散的数字量。
➢ARD应能实现重合闸“后加速”或“前加速”，以便与继 电保护配合。
✓前加速：是指自动重合闸前加速保护动作，即当线路上发生永久 性故障时，第一次以瞬时加速跳闸，第二 次则以定时限跳闸。 ✓后加速：是指自动重合闸后加速保护动作，即当线路上发生永久 性故障时，第一次带时限跳闸，第二次以瞬时加速跳闸。
二、备用电源自动投入装置
Ir2≥1.2[Ist.M+Ic(n-1)]
线路上最大一台电动机的 起动电流周期分量有效值
除这台电动机以外的 线路计算电流
Ir2还应满足与下级线路保护电器的选择性配合要求。 短延时过电流脱扣器的整定时间通常有0.1s～0.5s不等，根 据选择性要求确定。
3）.瞬时过电流脱扣器整定电流Ir3
线路上最大一台电动机 的全起动电流
2.过负荷保护电器的装设
过负荷保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因 截面、材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。
3. 并联ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体的过负荷保护
大电流线路尽量采用多芯电
干线
缆并联。做到各并联导体允许持
续载流量相等，导体阻抗相等以
使电流分配均衡，可采用一台保
护电器保护所有导体。
<3m 支线
4.中性导体的过负荷保护
开出量
出 系
统
键盘
人
显示设备
机 对
话
打印机
➢微型计算机系统 ：由微处理器、程序存储器、数据存储 器、接口芯片及定时器等组成。 ➢输入输出接口电路：将各种开关量通过光电耦合电路、 并行接口电路输入到微机保护，并将处理结果通过开关量 输出电路驱动中间继电器以完成各种保护的出口跳闸、信 号警报等功能。 ➢通信接口电路：微机保护的通信接口是实现变电站综合 自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准 的通信接口电路。
4、与被保护线路的配合
1）.过负荷保护配合
原始条件 I2 1.45Ial
等效条件 I r1 I al
2）.短路保护配合 当短路持续时间大于0.1s但不大于5s时： 当短路持续时间小于0.1s时： K2S2≥I2t
S Ik t K
低压断路器 的允通容量
4.8 供配电系统常用自动装置
一、自动重合闸装置
对于TT系统和TN系 统，当电气装置中存在 大量谐波电流时，会引 起相导体及中性导体的 过负荷，而中性导体的 过负荷是最常见的。
此时，中性导体应根 据其载流量检测过电流， 当检测到过电流时可动作 于切断相导体，但不必切 断中性导体。
(三). 低压熔断器的初步选择
（1）类别选择 ➢按使用人员选择结构型式 ➢按分断范围要求选择 ➢按保护对象选择使用类别
五、微机保护的可靠性
➢可靠性包括两个方面——不误动和不拒动。 ➢微机保护的可靠性主要是抗干扰问题。
➢防止干扰进入微机保护装置的措施有： ✓正确合理的接地处理； ✓良好的屏蔽与隔离； ✓必要的滤波、退耦和旁路电容； ✓良好的供电电源； ✓合理地分配和布置插件。
➢应采用控制开关手柄位置与断路器位置“不对应原则”起 动ARD；ARD的起动条件为：SA在“合闸后”位置，QF在“跳闸”位 ➢用控制置开。关或遥控装置将断路器断开时，ARD不应起动；
➢手动合闸于故障线路不重合；
➢ARD只能动作一次；
➢ARD动作后应能自动复归，准备再次动作；
➢ARD的动作时间应尽可能短，一般为0.5～1.5s；
额定电流
Ic≤ Ir ≤Ial
约定动作电流 I2≤1.45Ial
对熔断器，一般 I2=1.6Ir 对断路器，一般 I2=1.3Ir
突然断电比过负荷而造成的损失更大的线路（如消 防水泵、消防电梯等线路），其过负荷保护应作用于信 号而不应作用于切断电路。 配电线路宜采用同一保护电器作短路保护与过负荷保护。
2.短路保护电器的装设 ➢短路保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因截面、 材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。 ➢短路保护电器应装设在低压配电线路不接地的各相上
3.并联导体的短路保护 对于多根并联导体组成的线路，其中任一根导体在最不利 的位置处发生短路故障时，短路保护电器应能及时切断短路故 障。 若在线路首端采用一台保护电器，则应尽量避免在并联区 段内发生短路的可能性。
➢人机接口电路：包括显示、键盘、各种面板开关、打印 与报警等，其主要功能用于调试、整定定值与变比等。 ➢供电电源：通常采用逆变稳压电源，即将直流逆变为交 流，再把交流整流为微机保护所需的直流工作电压。 微机保护装置硬件组成的基本框图如图4-37所示。
图4-37 微机保护装置的硬件组成框图
三、微机保护的数据采集系统
二、微机保护装置的硬件构成
➢数据采集系统：将模拟量输入量准确地转换为所需的数 字量，它由电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换、 模数转换等功能模块组成。
模拟量输入系统
TV
电压形成
TA
二
次
侧
来 电压形成
BUS
模 数 变 换
电源部分
串行通讯SIO
CPU主系统
光耦
开入量 开
关
并行
量
接口
输 入
PIO
输
光耦
➢抑制窜入干扰影响的软件措施：采取采样值抗干扰纠错、 出口密码校核、复算校核和程序出轨自恢复等措施。 ➢装置故障自检：包括RAM、EPROM、数据采集系统、出 口通道等各部分的在线自检。
4.可不设短路保护的线路 如由主干线路保护电器保护的短距离分支线路。
（二）过负荷保护
过负荷保护的目的在于防止长时间的过负荷对线路绝缘造 成的不良影响。
1.对过负荷保护电器动作特性的要求
过负荷保护电器应采用反时限特性的保护电器，如g类 熔断器、断路器的长延时动作脱扣器等。
其动作特性应同时满足以下 两式的要求：
1．概述 当工作电源电压消失时，使备用电源自动而迅速地投入 工作，以保证供电连续性的自动装置，简称APD。 备用电源自动投入装置的基本形式
✓明备用： APD装在备用 进线断路器上。 ✓暗备用： APD装在母线 分段断路器上。
图4-35 APD的两种基本接线方式
a）明备用 b）暗备用
2．备用电源自动投入装置的基本原理和要求 图4-36是说明备用电源自动投入装置基本原理的电气简图。 工作原理
1、断路器过流脱扣器额定电流In的确定
Ic In Iu 2、过电流脱扣器动作电流整定
断路器的壳级 额定电流
1）.长延时过电流脱扣器整定电流Ir1
对配电保护断路器
Ir1 Ic
对单台电动机保护断路器 Ir1 IrM
对照明线路保护断路器
Ir1 K1 Ic
2）.短延时过电流脱扣器整定电流Ir2及时间
1．概述 自动重合闸的概念：当架空线路上发生故障时，由继电 保护装置将其迅速断开，延时（0.5）后重新将故障线路自 动投入的装置，简称ARD。 装设ARD的好处：对暂时性故障，合闸成功后可保证供 电的可靠性，减少停电损失。
2．一次自动重合闸的基本原理和要求
图4-34是说明一次自动重合闸基本原理的电气简图。
✓工作电源不论任何原因断开，备用电源应能自动投入； ✓必须在工作电源确已断开，而备用电源电压也正常时， 才允许投入备用电源。 ✓APD的动作时间应尽可能短，以利于电动机的自起动和 缩短停电时间； ✓APD只能动作一次，以免将备用电源重复投入到永久性 故障上； ✓当电压互感器的二次回路断线时，APD 不应误动作； ✓若备用电源容量不足，应在APD 动作的同时切除一部分 次要负荷。
对配电保护断路器 Ir31.2[Is't.M+Ic(n-1)]
I' st.M
2Ist.M
对单台电动机保护断路器 Ir3 2.2Ist.M
对照明线路保护断路器
Ir3 K3Ic
3、保护灵敏度的检验
Ik.min Ir3 1.3
断路器保护线路末端在系统最小 运行方式下的最小短路电流
Ik.min Ir2 1.3
工作原理
手动合闸：按下SB1，KO 通电，接通YO的回路，使 断路器合闸； 手动跳闸:按下SB2，接通 YR的回路，使断路器跳闸。 当线路上发生故障时:
图4-34 一次自动重合闸的原理电路图
✓保护装置动作→ KM闭合→接通YR，使QF自动跳闸。 ✓同时，QF1-2闭合→ KAR起动→ 经整定的时限后KO通电动 作，使断路器QF重合闸。 对自动重合闸装置的基本要求
✓输入量为正弦函数：可采用两点乘积算法、半周积分算 法、导数算法、采样值积分算法等。
这些算法对前置数字滤波器的要求较高，受输入信号的频率影响 较大，误差也较大。
✓输入量为周期函数：可采用傅氏算法。
该算法数据窗为一个基波周期，保护动作时间较长，因存在大量 乘法运算，不适合实时计算。
✓输入量为随机函数：可采用最小二乘算法。
四、微机保护的算法
➢保护算法：微机保护装置根据A/D转换器提供的输入电气 量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保 护功能的方法。 ➢衡量一个算法优劣的标准有：精度和速度。 ✓精度：指保护根据输入量判断电力系统故障或不正常运 行状态的准确程度。 ✓速度：包括算法所要求的采样点数（或数据窗长度）和 运算工作量。 ➢保护算法的选择：
4.9 供配电系统微机保护简介
一、概述
➢传统的机电型继电保护都是反映模拟量的保护，而微机保护 是反映数字量的保护； ➢与传统继电保护相比，微机保护具有保护性能好、灵活性大、 可靠性高和调试维护方便等特点； ➢微机保护除了完成保护功能外，还可方便地附加自动重合闸、 故障录波、故障测距等自动装置的功能。
当工作电源WL1断电 时 ， QF1 跳 闸 → QF13-4 断开，使KT断电。 KT的延时断开触点尚 未 断 开 前 ， 由 于 QF11-2 闭 合 →KO 通 电 →YO 通 电 →QF2 合 闸 ， 使 备 用 线路WL2投入运行。
图4-36备用电源自动投入装置原理电路图
对备用电源自动投入装置应满足以下基本要求
（2）额定电流选择
熔断器额定电流
In≥Ir≥Ic
（3）分断能力选择
熔断器分断能力
Ib＞Ik3
熔体额定电流 线路计算电流
安装处预期三相短 路电流有效值
低压熔断器
刀形触头熔断器
螺栓连接式熔断器
圆筒帽式熔断器
螺旋式熔断器
4.上、下级均选用熔断器
（四）、低压断路器的选择与整定
先按一般要求初步选择类别、极数、额定电流、分断能力及 附件，然后根据保护特性要求确定断路器过电流脱扣器的额定 电流并整定其动作电流。
比较式数据采集系统框图如图4-38所示。
图4-38 比较式数据采集系统的方框图
➢交流变换器：交流变换器的作用有二： ✓将从TV、TA上获得的二次电流、电压信号变换成与A/D 变换芯片电平相匹配的电压信号； ✓实现互感器二次回路与微机保护A/D变换系统完全电隔离， 以提高抗干扰能力。
➢前置模拟低通滤波器（ALF）：由R、C元件组成，其作 用是阻止频率高于某一数值的信号进入A/D变换系统。 ➢采样保持器（S/H）：其作用是在一个极短的时间内测量 模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在A/D转换器进行转换 的期间内保持其输出不变，以保证有较高的转换精度。 ➢多路转换开关（MPX）：数据采集系统往往要对多路模 拟量进行采集，通常采用多路模拟信号公用一个A/D转换 器，中间用一个多路转换开关轮流切换各路模拟量与A/D 转换器之间的通道，使得在任一时刻只将一路模拟信号输 入到A/D转换器，从而实现分时转换的目的。 ➢A/D转换器：将连续的模拟量转换为离散的数字量。
➢ARD应能实现重合闸“后加速”或“前加速”，以便与继 电保护配合。
✓前加速：是指自动重合闸前加速保护动作，即当线路上发生永久 性故障时，第一次以瞬时加速跳闸，第二 次则以定时限跳闸。 ✓后加速：是指自动重合闸后加速保护动作，即当线路上发生永久 性故障时，第一次带时限跳闸，第二次以瞬时加速跳闸。
二、备用电源自动投入装置
Ir2≥1.2[Ist.M+Ic(n-1)]
线路上最大一台电动机的 起动电流周期分量有效值
除这台电动机以外的 线路计算电流
Ir2还应满足与下级线路保护电器的选择性配合要求。 短延时过电流脱扣器的整定时间通常有0.1s～0.5s不等，根 据选择性要求确定。
3）.瞬时过电流脱扣器整定电流Ir3
线路上最大一台电动机 的全起动电流
2.过负荷保护电器的装设
过负荷保护电器应装设在回路首端和回路导体载流量因 截面、材料、敷设方式等发生变化而减小的地方。
3. 并联ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体的过负荷保护
大电流线路尽量采用多芯电
干线
缆并联。做到各并联导体允许持
续载流量相等，导体阻抗相等以
使电流分配均衡，可采用一台保
护电器保护所有导体。
<3m 支线
4.中性导体的过负荷保护
开出量
出 系
统
键盘
人
显示设备
机 对
话
打印机
➢微型计算机系统 ：由微处理器、程序存储器、数据存储 器、接口芯片及定时器等组成。 ➢输入输出接口电路：将各种开关量通过光电耦合电路、 并行接口电路输入到微机保护，并将处理结果通过开关量 输出电路驱动中间继电器以完成各种保护的出口跳闸、信 号警报等功能。 ➢通信接口电路：微机保护的通信接口是实现变电站综合 自动化的必要条件，因此，每个保护装置都带有相对标准 的通信接口电路。
4、与被保护线路的配合
1）.过负荷保护配合
原始条件 I2 1.45Ial
等效条件 I r1 I al
2）.短路保护配合 当短路持续时间大于0.1s但不大于5s时： 当短路持续时间小于0.1s时： K2S2≥I2t
S Ik t K
低压断路器 的允通容量
4.8 供配电系统常用自动装置
一、自动重合闸装置
对于TT系统和TN系 统，当电气装置中存在 大量谐波电流时，会引 起相导体及中性导体的 过负荷，而中性导体的 过负荷是最常见的。
此时，中性导体应根 据其载流量检测过电流， 当检测到过电流时可动作 于切断相导体，但不必切 断中性导体。
(三). 低压熔断器的初步选择
（1）类别选择 ➢按使用人员选择结构型式 ➢按分断范围要求选择 ➢按保护对象选择使用类别